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Les spécificités de l’aérosol atmosphérique au centre de l’Antarctique : Implications pour les carottes de glace
Par Michel LEGRAND, le 27 Novembre 2017
Parmi les grandes questions scientifiques relatives à la relation entre composition chimique de l’atmosphère et climat, outre le forçage radiatif exercé par l’aérosol d’origine anthropique lui même, la réponse des sources naturelles d’aérosols à la pression anthropique reste mal connue. Cet impact de la pression anthropique sur les sources naturelles d’aérosol est une question importante qui concerne tout autant les émissions de carbone organique par la végétation forcées par le changement global (température, teneur en CO2 et en ozone) que les émissions biogéniques de soufre par le phytoplancton marin. Sur ce dernier point, les hautes latitudes Sud sont des régions d’intérêt car le cycle du soufre y est largement dominé par les émissions naturelles du phytoplancton marin dont la réponse au changement climatique reste difficile à appréhender du fait de couplage complexe entre biologie marine, glace de mer, et climat. Ces mêmes régions offrent par ailleurs la possibilité unique de reconstruire la composition chimique de l’atmosphère passée à partir de la glace moyennant une bonne connaissance des émissions de soufre par l’océan Austral, et ce afin d’exploiter au mieux les enregistrements chimiques des carottes de glace (projets internationaux comme EPICA, VOSTOK, et le futur Oldest Ice).
Les observations pluriannuelles d’aérosol, initiées à Concordia en 2007 dans le cadre du SO CESOA, nous avons permis de mieux comprendre les différentes spécificités de l’aérosol présent sur le plateau Antarctique, près des sites de forages profonds. De part sa position géographique, l’océan représente la principale source d’aérosol pour le continent Antarctique avec d’une part les particules de sel de mer, d’autre part l’aérosol soufré issu de l’oxydation du sulfure de diméthyle (DMS) émis par le phytoplancton marin.
Concernant le sel de mer dont l’histoire est archivée dans la glace par la présence de sodium, une question clé pour la communauté « carottes de glace » concerne l’importance dans ces régions des émissions liées à la présence de glace de mer (neige soufflée, fleurs de givre) par rapport à l’émission classique d’embruns marins par l’action du vent et des vagues sur l’océan libre. En effet, si les processus liés à la glace de mer dominent la source océanique classique, le sodium présent dans la glace est un bon proxy de la glace de mer, un paramètre clé du système climatique dans le passé. Nos mesures chimiques fines (en fonction de la taille) faites durant 6 ans sur l’aérosol présent à Concordia permettent de conclure que, dans les conditions actuelles, les processus liés à la glace de mer contribuent en moyenne à hauteur de 50%. Si l’on considère l’extension de la glace de mer en périodes froides ( 1000 km) par rapport à nos jours, il est clair que le sodium de la glace est un excellent proxy (le meilleur avéré à ce jour) de l’étendue passée de la glace de mer.
Nos mesures chimiques fines ont également permis d’élucider la cause du comportement atypique de l’acide méthanesulfonique (MSA) par rapport au sulfate, tous deux issus de l’oxydation du DMS. Elles permettent d’écarter les différentes hypothèses antérieures visant à expliquer la quasi-absence de MSA au milieu de l’été austral (dépôt plus important du à un aérosol de plus grande taille, par exemple) et de proposer l’existence d’une destruction photochimique de ce composé liée à la canopée très oxydante du plateau Antarctique (Figure 1). Enfin, cette étude qui s’appuyait sur des mesures atmosphériques de radionucléides (utilisés ici pour appréhender le rôle du transport atmosphérique), nous a aussi permis de documenter pour la première fois les teneurs en 10Be de l’atmosphère (Figure 2). En effet, si la mesure du 10Be est fréquemment effectuée sur la glace des forages profonds (entre autres pour reconstruire les paléo-précipitations de neige), il n’existait à ce jour pas de données dans l’atmosphère du plateau Antarctique.
Legrand, M., Preunkert, S., Wolff, E., Weller, R., Jourdain, B., and Wagenbach, D. : Year-round records of bulk and size- segregated aerosol composition in central Antarctica (Concordia site) - Part 1 : Fractionation of sea-salt particles, Atmos. Chem. Phys., 17, 14039-14054, https://doi.org/10.5194/acp-17-14039-2017, 2017.
Legrand, M., Preunkert, S., Weller, R., Zipf, L., Elsässer, C., Merchel, S., Rugel, G., and Wagenbach, D. : Year-round record of bulk and size-segregated aerosol composition in central Antarctica (Concordia site) - Part 2 : Biogenic sulfur (sulfate and methanesulfonate) aerosol, Atmos. Chem. Phys., 17, 14055-14073, https://doi.org/10.5194/acp-17-14055-2017, 2017.